场模拟在超大空间仓库建筑性能化设计中的应用

陈英

摘要：建筑行业属于我国经济支柱产业之一，近年来全国各地不断有一些省市内的仓库发生火灾，对人们生命安全以及财产安全造成巨大的隐患。建筑性能化防火方面的设计是我国消防科学中发展比较快的一个研究领域，属于时代发展的必然结果。笔者通过总结自身工作经验，结合国内外场模拟应用技术的先进实例，对场模拟在超大空间仓库建筑性能设计中的应用进行简要分析，并且主要对其中防火设计进行论述

关键词：场模拟 超大空间仓库仓库性建筑建筑设计

中图分类号：TU2文献标识码： A

火灾在我国建筑物灾害中属于发生频率较高的一种灾害，并且火灾的发生概率以及灾情情况正在逐年呈上升趋势增长。场模拟技术作为当前比较新颖的建筑性能优化设计技术，在预防火灾设计方面有着比较独到的优势。本文将主要从场模拟技术在超大空间建筑防火设计方面入手，对场模拟在超大空间仓库建筑性能设计中的应用进行简要分析。

一、性能化防火

性能化防火设计属于一种新型的防火设计概念，并且在国内外建筑行业已经经过长时间的实践验证，但是施工人员自身知识掌握程度有限，所以在工作进行过程中存在一定误区。部分施工单位让性能化防火完全代替过去的处方式防火设计，这一做法明显是不科学的。国家以及施工建筑本地的锅饭以及施工标准未能覆盖整体设计过程，对建筑物设计没有产生实质性影响。因为使用新技术进行防火设计，所以工程使用的是新型材料厂以及比较新的施工方式，导致生产过程产生一些问题。部分施工安全目标需要超出实际使用范围很多，或者是建筑单位政治敏感度比较高，这样的施工工程如果发生火灾，将直接影响到整体工程的质量以及施工人员自身安全。

二、场模拟适用性

大自然能量是守恒的，近年来人们根据这一定律，对大型火灾以及超大型火灾进行计算，通过提升计算及性能，为数值预测方面的技术提供了良好的发挥环境以及想要进行计算的前提条件。科研人员对计算流体力学、计算传热学以及燃烧反应动力学等进行不断的研究，成功为燃烧过程中的燃烧规律提供了必要的计算方法以及理论上的基础，通过不断积累实验使用的数据，让建立数学模型这一工作变得更为简单。

在进行数值模拟时，必须遵循数值模拟的特点以及步骤。数值解法属于一种离散性的计算方法，数值模拟的结果不是一个未知连续函数，而是一些个比较具有代表性的节点近似值。在进行性能化设计的时候，可以使用和火情比较相似的火灾数学模型对其进行模仿。火灾数学模型属于使用物力对火灾从开始燃烧位置逐渐向四周扩散的一种简要分析，这一过程需要使用计算机对其进行辅助，当前这一技术已经被我国广泛使用。

火灾数学模型属于一种使用价值比较高的设计工具，可以对火灾每个阶段的风险以及如何对其进行决策提供精确的依据，并且火灾数学模型可以提供一部分系列性基本数据，相关工作人员可以通过分析这部分数据，将其中比较有用的点使用到日后工作中。

当前我国技术人员通常将火灾数学模型简单分为区域模型以及场模型，这两种模型均代表了一种独特的流动领域。每个领域都是从自身质量、动量以及外形和能量平衡方面对实验进行验证的，通过整理这部分数据可以算出一系列的二元一阶非线性常规微分式方程，进一步使用电脑对其进行深入分析讲解。场模拟属于物质守恒、栋梁以及能量外形方面的偏微方程，随着时代的不断发展，高速中央处理器类型计算机资源已经逐渐普及，所以在进行模拟真实火灾的时候要对场模型的应用更加重视。

三、场模拟软件使用方式

性能化防火设计最主要的目的就是让建筑物内的财物以及人员，在发生火灾时尽可能少的受到火灾的影响，想要做到这一点就必须设计一个比较安全的建筑物结构。不同的火灾类型对于人员的行动导向将起到决定性作用，在发生火灾之后，一般都会将建筑物内的人疏散到比较安全的地区，性能化防火设计的一个主导因素就是楼内人员安全疏散所必须的时间以及可用的安全性疏散时间。当REST小于ASET的时候，一般可以认为建筑物疏散设计是比较合理的，其中ASET的数值可以通过对火灾过程进行计算或者使用火灾模拟软件得到，但是RSET数据则需要相关工作人员通过分析特征才可以得到。在对性能化方案进行评估的时候，我们时常会使用到场模拟软件，对建筑物内安全设计性能进行比较，具体判断形势通常包括烟气层和地面的高度以及烟气层的问题等等。需要将数据输入到场模拟软件中，通过计算机进行相关数值的运算，仔细分析数值变化情况并且通过可视化的手段将这部分数值转发给使用者。只需要对这些数据进行比较，就可以看出建筑的极限忍耐力是否符合设计需求。场模拟软件自身比较容易操作，并且自身情况与实际火灾发生情况十分相近，所以近年来已经成为许多设计单位乐于使用的一款模拟软件。

FDS属于一种场模拟软件，主要利用能量守恒定律、动量守恒方程以及能量守恒方程将建筑空间进行网格化，并且在每个网格内部求解方程，从而得出速度、温度以及烟量等各方面参数，并且可以简单的算出这部分参数的变化。FDS可以简单的分为FDS以及SMOKEVIEW。前者属于求解微方程使用的主程序，后者属于一种测绘程序，可以通过这AMOKEVIEW查看FDS计算出来的结果。FDS软件中，主要包含大涡模拟以及直接数值模拟这两种摸牛方式，目前大涡模拟使用范围比较广泛。并且FDS可以对热驱动下低俗流动时候的Navier-Stokes方程进行求解，接触这一方程的近似值，并且将火灾烟气流动热量转移规律视为主要研究对象。

结束语：

随着时代的不断发展，人们对于建筑的要求也在不断提高。近年来，我国各大商场中时常有火灾发生，导致火灾发生的主要原因就是在设计时存在一定的问题。笔者通过总结自身工作经验，结合当前国内外场模拟技术在超大空间仓库建筑性能化设计方面的先进工作经验，从简述性能行防火、场模拟应用以及场模拟使用种类等方面对如何提升场模拟在超大空间仓库建筑性能进行简要分析，针对部分施工难点提出相应解决方式。

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